Một thuật toán định tuyến xuyên lớp đảm bảo QOT trong mạng manet

Bài báo tập trung nghiên cứu các thuật toán định tuyến dưới điều kiện ràng buộc ảnh hưởng của các hiệu ứng vật lý xảy ra trên đường truyền. Từ đó, chúng tôi cải tiến thuật toán DSR sử dụng kỹ thuật định tuyến xuyên lớp kết hợp với agent tĩnh nhằm giảm xác suất nghẽn mạng, giảm thiểu số gói tin điều khiển. Các hiệu ứng vật lý được xem xét bao gồm nhiễu tích lũy trên đường truyền, suy hao công suất tín hiệu qua môi trường truyền dẫn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Một thuật toán định tuyến xuyên lớp đảm bảo QOT trong mạng manet Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Quốc gia lần thứ IX “Nghiên cứu cơ bản và ứng dụng Công nghệ thông tin (FAIR'9)”; Cần Thơ, ngày 4-5/8/2016 DOI: 10.15625/vap.2016.00058 MỘT THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN XUYÊN LỚP ĐẢM BẢO QoT TRONG MẠNG MANET Lê Hữu Bình 1, Võ Thanh Tú2, Nguyễn Văn Tam3 1 Khoa Công nghệ thông tin, Trường Cao đẳng Công nghiệp Huế 2 Khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế 3 Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam binh.lehuu@hueic.edu.vn, vttu@hueuni.edu.vn, nvtam46@gmail.com TÓM TẮT— Trong trường hợp mạng MANET có vùng diện tích rộng và mật độ nút cao, ảnh hưởng của các hiệu ứng vật lý xảy ra trên các lộ trình truyền dữ liệu đến chất lượng tín hiệu truyền dẫn là rất nghiêm trọng, làm suy giảm hiệu năng mạng. Bài báo tập trung nghiên cứu các thuật toán định tuyến dưới điều kiện ràng buộc ảnh hưởng của các hiệu ứng vật lý xảy ra trên đường truyền. Từ đó, chúng tôi cải tiến thuật toán DSR sử dụng kỹ thuật định tuyến xuyên lớp kết hợp với agent tĩnh nhằm giảm xác suất nghẽn mạng, giảm thiểu số gói tin điều khiển. Các hiệu ứng vật lý được xem xét bao gồm nhiễu tích lũy trên đường truyền, suy hao công suất tín hiệu qua môi trường truyền dẫn. Từ khóa— MANET, Định tuyến xuyên lớp, định tuyến ràng buộc SNR, agent tĩnh. I. GIỚI THIỆU Công nghệ truyền thông không dây đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong mạng viễn thông nói chung, mạng truyền dữ liệu và mạng máy tính nói riêng. Ở lớp truy nhập môi trường truyền, một số mô hình mạng không dây đang được sử dụng phổ biến như mạng Wifi IEEE 802.11, mạng không dây mắt lưới (WMN: Wireless Mesh Network), mạng cảm biến không dây (WSN: Wireless Sensor Network), mạng tùy biến di động (MANET: Mobile ad-hoc Network). Trong đó, mô hình mạng MANET đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Đặc trưng cơ bản của mạng MANET là các nút mạng giao tiếp ngang hàng với nhau qua môi trường không dây, không có trung tâm điều khiển. Mỗi nút mạng hoạt động vừa như một máy chủ, vừa như một thiết bị định tuyến. Tôpô mạng thường xuyên biến đổi theo sự di chuyển của nút. Trong thời gian gần đây, đã có nhiều công trình nghiên cứu tập trung vào các giao thức điều khiển truyền dữ liệu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng. Trong đó, định tuyến là lớp giao thức được nghiên cứu nhiều nhất. Hầu hết các công trình nghiên cứu tập trung vào việc cải tiến các thuật toán định tuyến nhằm giảm xác suất nghẽn, giảm độ trễ truyền tải, nâng cao thông lượng mạng [2, 3, 4]. Định tuyến có xem xét đến chất lượng truyền dẫn (QoT: Quality of Transmission) trong mạng MANET cũng đã được một số nhóm nghiên cứu triển khai. Nhóm tác giả [1] đã đề xuất một thuật toán định tuyến cải tiến của AODV sử dụng mô hình xuyên lớp có xét đến QoT. Cụ thể, các tác giả đã thêm một trường có tên LC (Link Cost) vào gói RREP. LC là tổng của ba thành phần: tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR: Signal Noise Ratio), độ trễ và thời gian tồn tại của nút (node lifetime). Dựa trên giá trị LC trong gói RREP, thuật toán định tuyến sẽ lựa chọn lộ trình có giá trị LC tốt nhất để truyền dữ liệu. Trong [5], một thuật toán định tuyến có xét đến các tham số SNR và công suất thu (RP - Received Power) đã được đề xuất với mục tiêu lựa chọn lộ trình truyền dữ liệu có SNR và RP tốt nhất. Thuật toán được cải tiến trên nền thuật toán DSR và AODV bằng cách tích hợp thêm hai trường vào gói RREP, với độ dài của mỗi trường là 8 bits để chứa thông tin SNR và RP. Sau đó, dựa trên thông tin của các trường SNR và RP, thuật toán định tuyến sẽ lựa chọn lộ trình có chất lượng tín hiệu truyền dẫn tốt nhất. Để đánh giá hiệu quả thực thi của thuật toán được đề xuất ở trên, các tác giả đã thực thi mô phỏng trên phần mềm OPNET Moduler 14.5. Các tham số hiệu năng được đánh giá là tỷ lệ truyền gói tin thành công, trễ truyền tải trung bình và chi phí hoạt động. Một phương pháp khác đã được sử dụng cho việc nghiên cứu các thuật toán định tuyến ràng buộc ảnh hưởng của các hiệu ứng vật lý trong mạng MANET là đưa các tham số vật lý vào hàm trọng số của các kết nối. Sau đó, thuật toán định tuyến sẽ lựa chọn lộ trình có tổng trọng số nhỏ nhất theo nghĩa chịu ảnh hưởng nhỏ nhất của các hiệu ứng vật lý. Nhóm tác giả trong [6] đã đề xuất một hàm trọng số phản ánh tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu trung bình WSA (Weighted Signal to noise ratio Average) cho giao thức định tuyến DSDV. Hàm trọng số WSA sử dụng thông tin về SNR được cung cấp bởi lớp vật lý để xác định chất lượng của các kết nối trong mạng. Kết quả mô phỏng đã cho thấy rằng, với việc sử dụng hàm trọng số WSA, hiệu năng của mạng MANET được cải thiện về mặt thông lượng và độ trễ. Ngoài các phương pháp đã nêu ở trên, phương pháp sử dụng lý thuyết logic mờ để nghiên cứu các thuật toán định tuyến ràng buộc ảnh hưởng của các hiệu ứng vật lý trong mạng MANET cũng đã được triển khai. Nhóm tác giả trong [7] đã sử dụng lý thuyết logic mờ để đề xuất một thuật toán định tuyến có tên ERPN (Efficient Routing Protocol under Noisy Environment). Các hiệu ứng vật lý được xem xét thông qua các tham số cường độ tín hiệu và hệ số nhiễu. Các tác giả đã chứng minh rằng, thuật toán ERPN mang lại tỷ lệ truyền gói tin thành công và thông lượng cao hơn, giảm số kết nối bị lỗi và giảm tỷ lệ lỗi bit so với các thuật toán truyền thống. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã được đề cập ở trên, chúng tôi nhận thấy rằng, kỹ thuật định tuyến có xem xét đến các điều kiện ràng buộc ảnh hưởng của các hiệu ứng vật lý trong mạng MANET đã được một số nhóm tác giả triển khai. Mục tiêu của các thuật toán định tuyến đã được đề xuất là giảm số gói dữ li ...